“a tizenkilencedik század nagy találmánya a találmány módszere volt”. Ez az Alfred North Whitehead (1891-1947) angol matematikus és filozófus maximuma tökéletesen vonatkozik a villamosenergia-fogyasztásmérő történetére, amelyet az eredményekre épülő és a további fejlődést ösztönző találmányok sorozata tökéletesít.
a 19.század első fele ragyogó felfedezéseket hozott az elektromágnesesség területén. 1820-ban a francia Andro ons-Marie amp (1775-1836) felfedezte az áramok közötti elektrodinamikai kölcsönhatást. 1827-ben a német Georg Simon Ohm (1787-1854) felfedezte a feszültség és az áram kapcsolatát egy vezetőben. 1831-ben a brit Michael Faraday (1791-1867) felfedezte az indukció törvényét, amelyen a generátorok, motorok és transzformátorok működése alapul.
a század második felére a talaj jól felkészült a gyakorlati alkalmazásokra.
a felfedezéseket találmányok és szabadalmak követték. A lámpát, a dinamót, a motort, a transzformátort, a mérőt és a turbinát gyorsan feltalálták. Nem meglepő, hogy ha az idő megérett, a mérföldkő találmányokat kvázi-egyidejűleg érik el a világ különböző részein.
az indukciós villamos fogyasztásmérő feltalálója és a transzformátor társfeltalálója, a Magyar ott adaptál BL Enterprises 1930-ban a következő szavakkal tekintett vissza erre az izgalmas időszakra: “az én időmben könnyű volt. A tudomány olyan volt, mint egy trópusi erdő. Csak egy jó fejszére volt szükséged, és bárhol is ütsz, kivághatsz egy hatalmas fát.”
a dinamó feltalálásával (Anyos Jedlik 1861-ben, Werner von Siemens 1867-ben) nagy mennyiségben lehetett villamos energiát előállítani. A villamos energia első tömeges alkalmazása a világítás volt. Amikor ezt az új terméket – az elektromos energiát – elkezdték értékesíteni, nyilvánvaló volt, hogy meg kell határozni a költségeket.
nem volt azonban világos, hogy mi legyen a számlázott egység, és mi lenne a legmegfelelőbb mérési elv.
a legkorábbi mérő Samual Gardiner (USA) lamphour mérője volt, amelyet 1872-ben szabadalmaztattak. Megmérte azt az időt, amely alatt az energiát a terheléshez szállították, mivel az ehhez a mérőhöz csatlakoztatott összes lámpát egy kapcsoló vezérelte. A világító áramkörök felosztása praktikussá vált az Edison villanykörte bevezetésével, és ez a mérő elavulttá vált.
Elektrolitmérők
Thomas Alva Edison (1847-1931), aki bevezette az egyenáramú Világítás első elektromos elosztórendszereit, úgy vélte, hogy a villamos energiát ugyanúgy kell értékesíteni, mint a gázt – akkoriban széles körben használták világításra is.
1881-ben szabadalmaztatott elektromos mérője (USA 251 545 számú szabadalom) az áram elektrokémiai hatását használta.
tartalmazott egy elektrolitikus cellát, amelybe a számlázási időszak elején pontosan lemért rézcsíkot helyeztek. Az elektroliton áthaladó áram réz lerakódást okozott. A számlázási időszak végén a rézcsíkot ismét lemértük, és a különbség az áthaladó villamos energia mennyiségét jelentette. A mérőt úgy kalibrálták, hogy a számlákat köbméter gázban lehessen megjeleníteni.
ezek a mérők a 19.század végéig használatban maradtak. Volt azonban egy nagy hátránya-mérő leolvasás nehéz volt a közüzemi és lehetetlen az ügyfél számára. Edison később hozzáadott egy számlálási mechanizmust a mérő leolvasásának elősegítésére.
voltak más elektrolitmérők is, mint például a német Siemens-Shuckert hidrogénmérő és a Schott& Gen.Jena higanymérő. Az elektrolitikus mérők csak amperórákat tudtak mérni, és nem voltak megfelelőek, ha a feszültség ingadozott.
Ingamérők
egy másik lehetséges elv, amelyre a mérőt építeni lehet, az volt, hogy valamilyen mozgást – oszcillációt vagy forgást – hozzon létre az energiával arányosan, amely aztán egy regisztert leolvashat.
az ingamérő elvét az amerikaiak William Edward Ayrton és John Perry írták le 1881-ben. 1884-ben, találmányuk ismerete nélkül, Hermann Aron (1845-1902) Németországban ingamérőt épített.
fejlettebb formájában ennek a mérőnek két ingája volt, mindkét ingán tekercs volt csatlakoztatva a feszültséghez. Az ingák alatt két ellentétes irányú tekercs volt. Az egyik inga tehát lassabban, a másik pedig gyorsabban futott, mint terhelés nélkül.
az oszcillációs idők közötti különbség vezette a számlálási mechanizmust. A két inga szerepét percenként cserélték, hogy az ingák oszcillációs ideje közötti kezdeti különbség kompenzálható legyen. Ugyanakkor az órát felszámolták.
ezek a mérők drágák voltak, mert két órát tartalmaztak, és fokozatosan motormérőkre cserélték őket. Az ingamérők amperórákat vagy wattórákat mértek, de csak egyenáramra használhatók.
Motormérők
egy másik lehetőség az volt, hogy motort használtak egy mérő építéséhez. Ilyen mérőkben a hajtónyomaték arányos a terheléssel, amelyet egy féknyomaték egyensúlyoz ki, így a forgórész fordulatszáma arányos a terheléssel, amikor a nyomatékok egyensúlyban vannak.
az amerikai Elihu Thomson (1853 – 1937) 1889-ben fejlesztette ki felvétel wattmérőjét a General Electric számára. Ez egy vas nélküli motor volt, a rotort a feszültség gerjesztette egy tekercsen és egy ellenálláson keresztül, kommutátor segítségével.
az állórészt az áram gerjesztette, ezért a hajtónyomaték arányos volt a feszültség és az áram szorzatával. A féknyomatékot egy állandó mágnes biztosította, amely a rotorhoz rögzített alumínium tárcsára hatott. Ezt a mérőt főleg DC-hez használták. A motormérők nagy hátránya a kommutátor volt.
transzformátorok feltalálták
a villamosenergia-elosztás első éveiben még nem volt világos, hogy az egyenáramú rendszerek vagy a váltakozó áramú rendszerek előnyösebbek lennének-e.
az egyenáramú rendszerek fontos hátránya azonban hamarosan nyilvánvalóvá vált – a feszültséget nem lehetett megváltoztatni, ezért nem lehetett nagyobb rendszereket építeni. 1884-ben a francia Lucian Gaulard (1850-1888) és az angol John Dixon Gibbs feltalálta a másodlagos generátort, a modern transzformátor elődjét.
egy praktikus transzformátort fejlesztett ki és szabadalmaztatott 1885 – ben a Ganz számára három magyar mérnök: K. A. Zipernowsky, ott. Ugyanebben az évben a Westinghouse megvásárolta Gaulard és Gibson szabadalmát, és William Stanley (1858-1916) tökéletesítette a tervet. George Westinghouse (1846-1914) megvásárolta Nikola Tesla AC szabadalmait is.
ezzel a váltóáramú villamosenergia-rendszer megvalósíthatóvá vált, és a 20.század elejétől fokozatosan átvette az egyenáramú rendszerektől. A mérés során új problémát kellett megoldani-az AC elektromos energia mérését.
indukciós mérők
1885 – ben az olasz Galileo Ferraris (1847-1897) kulcsfontosságú felfedezést tett arról, hogy két fázison kívüli váltakozó áramú mező szilárd armatúrát hozhat létre, mint egy tárcsa vagy henger. Függetlenül a horvát-Amerikai Nikola Tesla (1857-1943) is felfedezte a forgó elektromos mezőt 1888-ban. Shallenberger – véletlenül-1888-ban fedezte fel a forgó mezők hatását, és kifejlesztett egy AC amperóra mérőt.
a féknyomatékot ventilátor biztosította. Ennek a mérőnek nem volt feszültségeleme, amely figyelembe vette volna a teljesítménytényezőt; ezért nem volt alkalmas motorokkal való használatra. Ezek a felfedezések az indukciós motorok alapját képezték, és megnyitották az utat az indukciós mérőkhöz. 1889-ben a Budapesti Ganz-gyárban dolgozó magyar Otto Titusz BL! Dzcthy (1860-1939) szabadalmaztatta váltakozó áramú villamos fogyasztásmérőjét (Németország 52 793, USA 423 210).
ahogy a szabadalom leírja: “Ez a mérő lényegében egy fémes forgó testből, például egy korongból vagy hengerből áll, amelyre két mágneses mező hat, amelyek fázisban elmozdulnak egymástól.
a fázisok említett fáziseltolódása abból a tényből származik, hogy egy mezőt a főáram hoz létre, míg a másik mezőt egy nagy önindukciós tekercs gerjeszti, amely az áramkör azon pontjaiból indul ki, amelyek között az elfogyasztott energiát mérni kell.
a mágneses mezők azonban nem keresztezik egymást a forradalmi szilárd anyagon belül, mint a Ferraris jól ismert elrendezésében, hanem ugyanazon részek különböző részein haladnak át, egymástól függetlenül.”
ezzel az elrendezéssel a BL-nek sikerült elérnie a belső fáziseltolódást, amely majdnem pontosan 90 MHz volt, így a mérő többé-kevésbé helyesen jelenítette meg a wattórákat. A mérő fékmágnest használt a széles mérési tartomány biztosításához, ciklometrikus regiszterrel volt felszerelve. A Ganz ugyanabban az évben kezdte meg a gyártást. Az első métereket egy fa alapra szerelték fel, percenként 240 fordulattal, súlya 23 kg volt. 1914-re a súly 2,6 kg-ra csökkent.
Oliver Blackburn Shallenberger (1860-1898) 1894-ben kifejlesztett egy indukciós típusú watthour mérőt a Westinghouse számára. Az áram-és feszültségtekercsek a lemez ellentétes oldalán helyezkedtek el, és két állandó mágnes csillapította ugyanazt a lemezt. Ez is nagy és nehéz, súlya 41 Font. Dob típusú regiszter volt.
Ludwig Gutmann, aki a Sangamo-nál dolgozott, 1899-ben fejlesztette ki az “A típusú” AC watthour mérőt. A rotor egy spirálisan réselt henger volt, amely a feszültség-és áramtekercsek területén helyezkedett el. A henger aljára szegecselt lemezt állandó mágnessel történő fékezéshez használták. Nem volt teljesítménytényező-beállítás.
villamos fogyasztásmérők-további fejlesztések
a következő években számos fejlesztést értek el: a súly és a méretek csökkentése, a terhelési Tartomány kiterjesztése, a teljesítménytényező, a feszültség és a hőmérséklet változásainak kompenzálása, a súrlódás kiküszöbölése a forgócsapágyak golyóscsapágyakkal, majd kettős ékszercsapágyakkal és mágneses csapágyakkal történő cseréjével, valamint a hosszú távú stabilitás javítása jobb fékmágnesek révén, valamint az olaj eltávolítása a csapágyból és a nyilvántartásból.
a századfordulóra háromfázisú indukciós mérőket fejlesztettek ki két vagy három mérőrendszer segítségével, amelyek egy, két vagy három lemezen vannak elrendezve.
új funkciók
indukciós méter, más néven Ferraris méter, és elvei alapján a BL Enterprhy mérő, még mindig gyártják nagy mennyiségben, és a munkalovak mérés, köszönhetően az alacsony ár és a kiváló megbízhatóság.
a villamos energia használatának elterjedésével a több tarifás mérő helyi vagy távvezérelt kapcsolókkal, a maximális igénymérővel, az előtörlesztési mérővel és a maxigraph-val kapcsolatos koncepció gyorsan megszületett, mindezt a századfordulóra.
az első hullámszabályozási rendszert 1899-ben szabadalmaztatta a francia C ++ Ren Loubery, és tökéletesítette a Compagnie des Compteurs (később Schlumberger), a Siemens, az AEG, a Landis& Gyr, Zellweger, Sauter és Brown Boveri, csak hogy néhányat említsünk. 1934-ben a Landis&Gyr kifejlesztette a Trivektor mérőt, amely az aktív és reaktív energiát és a látszólagos igényt méri.
elektronikus mérők és távoli mérés
a mérők kezdeti fejlesztésének nagy időszaka véget ért. Ahogy BL ons mondta, folytatva metaforáját:”most egész nap sétálsz anélkül, hogy egy bokrot is találnál”.
az elektronikus technológiák nem találtak utat a méréshez, amíg az első analóg és digitális integrált áramkörök az 1970-es években elérhetővé nem váltak. ez könnyen érthető, ha a zárt mérődobozok energiafogyasztási korlátaira és a várható megbízhatóságra gondolunk.
az új technológia új lendületet adott a villamosenergia-fogyasztásmérők fejlesztésének. Kezdetben nagy pontosságú statikus mérőket fejlesztettek ki, elsősorban a timedivision szorzás elvével. Hall cellákat is használtak, elsősorban kereskedelmi és lakossági mérőkhöz. Az indukciós fogyasztásmérőkből és elektronikus tarifaegységekből álló hibrid fogyasztásmérők az 1980-as években készültek. ez a technológia viszonylag rövid távon működött.
távoli mérés
a távoli mérés ötlete az 1960-as években született. Kezdetben távoli impulzusátvitelt alkalmaztak,de ezt fokozatosan felváltotta a különböző protokollok és kommunikációs média.
ma a komplex funkcionalitású mérők a legújabb elektronikus technológián alapulnak, digitális jelfeldolgozást használva, a legtöbb funkciót firmware-ben valósítják meg.
szabványok és mérési pontosság
a gyártók és a közművek közötti szoros együttműködés szükségességét viszonylag korán sikerült elérni. Az első mérési szabványt, az ANSI C12 kódot a villamosenergia-méréshez, már 1910-ben fejlesztették ki. Az Előszó azt mondja:”míg a Kódex természetesen tudományos és műszaki elveken alapul, a mérés kereskedelmi oldalát folyamatosan szem előtt tartották, mint nagyon nagy jelentőséget”.
az első ismert IEC mérési szabvány, a 43. Kiadvány 1931-ből származik. A pontosság magas színvonala kiemelkedő tulajdonság, amelyet a méréstechnikai szakma hozott létre és tart fenn. Szórólapok már 1914 feature méter pontossággal 1.5% a maximális áram 10% vagy annál kisebb mérési tartományában a 100% – ig. Az IEC 43:1931 a 2.0 pontossági osztályt határozza meg. Ezt a pontosságot ma is megfelelőnek tekintik a legtöbb lakossági alkalmazás számára, még statikus mérők esetében is.
villamos fogyasztásmérők-a jövő
a mérés üzleti szempontjaira összpontosítva és a legújabb technológiai eredményekre építve – ezek a kulcsok a folyamatos sikerhez a mérés történetében.